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淺談變電站設備狀態(tài)監(jiān)測管理系統(tǒng)
來源: | 作者:champzon | 發(fā)布時間: 4699天前 | 4184 次瀏覽 | 分享到:
　　變電站運行管理的發(fā)展借助科技的進步日新月異，電力設備狀態(tài)監(jiān)測對提高電力設備的運行維護水平、及時發(fā)現事故隱患、減少停電事故的發(fā)生起到了積極作用。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展,保證電力設備的安全穩(wěn)定運行顯得尤為重要,迫切需要對電力設備運行狀態(tài)進行實時或定時的狀態(tài)監(jiān)測,及時反映電力設備絕緣等性能的劣化程度或趨勢,以便采取預防措施,避免停電事故發(fā)生,減少給生產和生活帶來的巨大影響和損失。目前,設備監(jiān)測和故障診斷問題引起了越來越多的關注,隨著計算機、傳感器、通信及信息處理技術的飛速發(fā)展,特別是引入模糊數學、神經網絡、小波分析等先進故障診斷技術,使設備綜合管理系統(tǒng)在電力行業(yè)進一步得到推廣。文中提出一種易于現場運行和設備信息管理的系統(tǒng)該系統(tǒng)針對故障發(fā)生的復雜性,取得了較高的診斷率。


　　一、狀態(tài)監(jiān)測


　　狀態(tài)監(jiān)測對設備的運行狀態(tài)進行記錄、分類和評估,為設備維護、維修提供決策。


　　狀態(tài)監(jiān)測應該包括以下任務:為設備的運行情況積累資料和數據,建立設備運行的歷史檔案;對設備運行狀態(tài)處于正常還是異常做出判斷,根據歷史檔案、運行狀態(tài)等級和已出現的故障特征或征兆,判斷故障的性質和程度;對設備的運行狀態(tài)進行評估,并對這種評估進行分類。當一定的標準形成后,為狀態(tài)檢修的實施提供依據。


　　當然,狀態(tài)監(jiān)測的評估也應該包含對設備異常狀態(tài)的估計及對未來變化的預測,并不斷創(chuàng)造條件,使這種評估水平逐步接近理想境界。狀態(tài)監(jiān)測可以為設備積累完整和科學的運行記錄資料。


　　對設備運行狀態(tài)的分類可以作為設備維護管理的根據。這樣,可以從根本上改變目前“定期維修”的舊的管理體制,避免“過剩維修”,對有故障隱患的設備及時檢修,提高設備運行的安全性和可靠性。狀態(tài)檢修是我國即將面臨的先進的設備管理體制,而狀態(tài)監(jiān)測是這一管理體制的技術保證和實施的依據。


　　二、狀態(tài)監(jiān)測工業(yè)實用化條件


　　1.被監(jiān)測設備和故障的種類及特點對不同的設備和不同的故障類型,采用的狀態(tài)監(jiān)測的方法可能完全不一樣。一些機械裝置和控制系統(tǒng)常用的故障診斷方法并不適合于電力系統(tǒng)設備的特定情況。因此,必須首先認識電力系統(tǒng)設備故障的類型和特點。以下兩方面的問題是電力系統(tǒng)設備故障所特有的。


　　(1)由于故障發(fā)展速度的差別,形成了瞬變故障和緩變故障兩個類型。瞬變故障例如相間短路等,發(fā)展很快。繼電保護裝置必須在10ms～20ms內處理這類故障,以避免損失擴大。瞬變故障發(fā)生時需要解決的問題是故障保護和避免事故擴大,不是診斷和監(jiān)測的問題。緩變故障是從出現故障征兆發(fā)展到故障災害進程較慢的一類故障現象,例如絕緣故障、冷卻系統(tǒng)故障(氫冷和水冷系統(tǒng))、機械系統(tǒng)故障、部分轉子故障等。當出現故障征兆時,需要對故障進行定位,或對故障的程度和發(fā)展進行監(jiān)測,采取措施,防止故障狀態(tài)的進一步發(fā)展和造成重大損失。因此,緩變故障是狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的對象。


　　對于瞬變故障,繼電保護可以發(fā)揮巨大的作用,大大減少可能造成的危害。但并不是所有的瞬變故障都是由緩變故障發(fā)展形成的,同時,很多緩變故障及其發(fā)展造成的損害也不在繼電保護所能保護的范圍內。狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷兩種技術互相補充,缺一不可。


　　(2)絕緣故障是電力系統(tǒng)設備的主要故障之一。很多故障現象都直接或間接地與絕緣有關,可以說,絕緣的壽命就是設備的壽命。


　　電力系統(tǒng)設備絕緣故障特征表現在多個方面,不僅表現在很多電參數上,而且還有力、熱、聲、光等物理方面和氣體、油等化學方面的特征變化。絕緣故障與設備的絕緣結構、分布、環(huán)境都有關,形成機理復雜。另一方面,對設備絕緣故障的定位和絕緣損壞程度的診斷還存在很大的困難。這也正是電力系統(tǒng)設備故障的特點和難點之一。由于絕緣故障的特點,很多絕緣在線和離線檢測技術,如局部發(fā)電、油色譜分析、超聲監(jiān)測等近幾年已經有了較大的發(fā)展,可以逐步開展對絕緣狀態(tài)的評估工作。


　　2.采用計算機和網絡技術的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)十幾年來,已經有很多監(jiān)測裝置應用于工業(yè)現場,但是,大多數的現場裝置沒有形成系統(tǒng),記錄數據仍然依靠人工觀測和抄表的方式,這對于突發(fā)的故障很難及時反映,也不利于綜合分析和查閱歷史資料。


　　狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結構靈活、簡單,既可以獨立組成系統(tǒng),也可和電網自動化系統(tǒng)集成,或者與遠程監(jiān)控系統(tǒng)集成。遠程傳輸采用電力公司現有的網絡,它可支持SDH、PDH、以太網絡、RS232等。主站采用WEB/Serv-er系統(tǒng)結構,連接的分站數量沒有限制。


　　系統(tǒng)的主要功能是可以查看不同電氣設備的試驗參數,對設備的當前狀態(tài)作出評估及對設備故障智能進行診斷并提出相應的維護意見。同時,本系統(tǒng)也兼具變壓器各側電壓、電流的實時顯示和故障錄波的功能。


　　3.狀態(tài)監(jiān)測的實施與管理體制的變革


　　狀態(tài)監(jiān)測技術的推廣和應用將會對現有的發(fā)電廠和變電所的管理體制產生影響。狀態(tài)監(jiān)測和電力系統(tǒng)測控自動化技術的應用將會取代現有的運行人員值班的體制,逐步實現運


　　行的無人值班。狀態(tài)監(jiān)測的應用和狀態(tài)檢修的實現也需要國產設備質量的進一步提高作為支持和保證。


　　三、狀態(tài)監(jiān)測的關鍵技術


　　傳感器、計算機網絡和數據庫、數據分析三部分是狀態(tài)監(jiān)測的基本組成。其中,傳感器技術和數據分析技術是狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)所特有的關鍵技術,以下將分別加以說明。


　　1.傳感器技術


　　狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)輸入的信號包括電、熱、聲、振動等物理量,還有油、氣體經化學分析得到的分解物含量,各種來源的信號都要通過傳感器轉換為電信號。傳感器是監(jiān)測系統(tǒng)的輸入端,直接影響監(jiān)測系統(tǒng)的精度和準確性,也是控制和測量技術的難點和瓶頸。國產傳感器的性能和質量與國際先進水平相比還有差距。傳感器作為一個裝置,由變換元件、單片機系統(tǒng)和通信接口等組成。每一個傳感器可以看成系統(tǒng)的基層數據采集站,通過局域網連接起來。在網上建立數據庫和分析中心,對狀態(tài)監(jiān)測數據進行處理。局域網可以通過一個服務器與Internet相聯。由于有數據庫和分析中心的支持,可以建立設備運行的歷史數據檔案和進行實時運行狀態(tài)分析。


　　該終端完全采用數字化信息采集,可靠性、抗干擾能力強,可以實時監(jiān)視變電站的安全運行及環(huán)境狀況,對變電站各種設備的運行狀態(tài)及影響變電站安全運行的因素實現在線監(jiān)測。有異常情況發(fā)生時,預警終端采集到實時信息并記錄,然后進行分析和處理,若確認為報警信號,以聲光方式報警,并將異常信息通過網絡遠程傳輸到值班室,使異常問題盡快得到解決,保證變電站安全運行。


　　2.數據分析技術


　　在狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中,數據分析的任務是從采集到的數據中得到設備運行的有關信息。


　　數據分析過程分為數據預處理、特征提取、狀態(tài)分類和處理決策四個部分。數據預處理包括數據選取、消除噪聲等前期處理過程。特征提取是指采用數理統(tǒng)計、信號處理(FFT、小波分析、分形和混沌)等方法提取信號的特征。狀態(tài)分類和處理決策是數據分析的核心部分,也是難度較大的部分。其中,處理決策是得出最后結論,例如確定設備是否存在故障、存在何種故障、故障部位和程度等,以及確定是否進行檢查和維修。很多情況還需要人工處理,計算機只能對少數故障進行分析和決策。因為涉及設備的具體問題,準確結論完全依據對設備故障機理的了解和經驗的積累,這是一個復雜的過程,一般很難通過建?；蚍抡鎭斫鉀Q。


　　四、國內外設備狀態(tài)監(jiān)測發(fā)展狀況


　　美國等發(fā)達國家從20世紀80年代起就在電力系統(tǒng)各領域開展了各種關于設備狀態(tài)監(jiān)測的研究和應用,十幾年來有了較大的發(fā)展,與我國相比,有兩個主要特征:已經能生產多種傳感器產品,傳感器質量好,性能穩(wěn)定;狀態(tài)監(jiān)測應用比較普遍,有經濟效益。


　　國外傳感器產品的性能和可靠性都達到了較高的水平,產品監(jiān)測范圍逐漸覆蓋包括溫度、壓力、振動和絕緣狀態(tài)等各種物理量,以及變壓器、斷路器和發(fā)電機機組等各種主要設備。國外傳感器技術的全面發(fā)展可以從近幾年國內一些發(fā)電廠和變電站引進的進口傳感器產品情況看出。


　　狀態(tài)監(jiān)測應用較普遍的地區(qū)主要是北美和歐洲。美國電力科學院(EPRI)非常重視對現場技術人員有關狀態(tài)監(jiān)測和狀態(tài)檢修方面的技術培訓和技術服務。在美國,實現了變電站無人值班和狀態(tài)檢修的管理。


　　國內電力系統(tǒng)設備狀態(tài)監(jiān)測科研工作也開始于20世紀80年代,起步并不晚。近10年來,已經研制成功很多傳感器裝置,并安裝在現場。很多發(fā)電廠和變電站已經采用了在線監(jiān)測技術,加強了對設備運行進行實時監(jiān)測和管理的手段。


　　近幾年,國內一些大型發(fā)電廠較全面地安裝了成套進口的先進傳感器裝置,通過計算機網絡形成一定規(guī)模的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),并達到了先進水平,而這些成套軟件系統(tǒng)全部由我國技術人員開發(fā)。但是,到目前為止,國產傳感器裝置的生產和國內狀態(tài)監(jiān)測的應用情況還落后于國外先進水平。一方面,還有很多發(fā)電廠和變電站的狀態(tài)監(jiān)測沒有開展起來;另一方面,一些狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)已具備規(guī)模的發(fā)電廠在軟環(huán)境和管理體制上還不能適應發(fā)展要求。


　　狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的應用取得了良好的經濟效益。在國內要推廣狀態(tài)監(jiān)測技術,除了要解決國產傳感器裝置的生產和設備管理體制的改革等問題外,現場技術人員的培訓和技術服務也是必須解決的問題。其中,進一步開發(fā)高層次的數據分析軟件也是一項重要工作。


　　五、結語


　　狀態(tài)監(jiān)測是從傳統(tǒng)管理模式過渡到狀態(tài)檢修的技術支持。狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的概念存在差別,狀態(tài)監(jiān)測更適合電力系統(tǒng)設備運行和維修的管理現狀。狀態(tài)監(jiān)測的關鍵技術是傳感器、計算機網絡和數據分析。目前,國內的變電站和發(fā)電廠已具備實現狀態(tài)監(jiān)測技術的初步條件。狀態(tài)監(jiān)測技術在現場的實施和推廣,有一個積累資料、逐步提高的過程。上海乾眾電力的在SF6氣體檢測等領域的多個成功實踐已經證明了這是一條正確的道路。